• Smart Structures and Systems
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• 제15권3호
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• pp.505-522
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• 2015

Variation of temperature is a primary environmental factor that affects the behavior of structures. Therefore, understanding the mechanisms of normal temperature-induced variations of structural behavior would help in distinguishing them from anomalies. In this study, we used the structural health monitoring data of the Shanghai Yangtze River Bridge, a steel girder cable-stayed bridge, to investigate the mechanisms of thermally induced vertical deflection ($D_T$) at mid-span of such bridges. The $D_T$ results from a multisource combination of thermal expansion effects of the cable temperature ($T_{Cab}$), girder temperature ($T_{Gir}$), girder differential temperature ($T_{Dif}$), and tower temperature ($T_{Tow}$). It could be approximated by multiple linear superpositions under operational conditions. The sensitivities of $D_T$ of the Shanghai Yangtze River Bridge to the above temperatures were in the following order: $T_{Cab}$ > $T_{Gir}$ > $T_{Tow}$ > $T_{Dif}$. However, the direction of the effect of $T_{Cab}$ was observed to be opposite to that of the other three temperatures, and the magnitudes of the effects of $T_{Cab}$ and $T_{Gir}$ were found to be almost one order greater than those of $T_{Dif}$ and $T_{Tow}$. The mechanisms of the thermally induced vertical deflection variation at mid-span of a cable-stayed bridge as well as the analytical methodology adopted in this study could be applicable for other long-span cable-stayed bridges.

• Earthquakes and Structures
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• 제8권4호
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• pp.859-887
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• 2015

Structural health monitoring (SHM) has gained in popularity in recent years since it can assess the performance and condition of instrumented structures in real time and provide valuable information to the asset's manager and owner. Operational modal analysis plays an important role in SHM and it involves the determination of natural frequencies, damping ratios and mode shapes of a constructed structure based on measured dynamic data. This paper presents the operational modal analysis and seismic response characterization of the Tsing Ma Suspension Bridge of 2,160 m long subjected to different earthquake events. Three kinds of events, i.e., short-distance, middle-distance and long-distance earthquakes are taken into account. A fast Bayesian modal identification method is used to carry out the operational modal analysis. The modal properties of the bridge are identified and compared by use of the field monitoring data acquired before and after the earthquake for each type of the events. Research emphasis is given on identifying the predominant modes of the seismic responses in the deck during short-distance, middle-distance and long-distance earthquakes, respectively, and characterizing the response pattern of various structural portions (deck, towers, main cables, etc.) under different types of earthquakes. Since the bridge is over 2,000 m long, the seismic wave would arrive at the tower/anchorage basements of the two side spans at different time instants. The behaviors of structural dynamic responses on the Tsing Yi side span and on the Ma Wan side span under each type of the earthquake events are compared. The results obtained from this study would be beneficial to the seismic design of future long-span bridges to be built around Hong Kong (e.g., the Hong Kong-Zhuhai-Macau Bridge).

• 한국강구조학회 논문집
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• 제17권3호통권76호
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• pp.317-324
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• 2005

본 연구에서는 3경간연속 탄성지지된 복합슬래브교량을 특별직교이방성 판이론을 응용하여 해석하였다. 불균등단면이나 임의의 경계조건을 가진 보나 타워구조물의 고유진동수를 계산하는 방법을 탄성지지된 3경간 연속 복합슬래브교량에 적용하여 연구하였다. 슬래브 상판은 특별직교이방성 판으로 취급하였다. 진동해석에 필요한 변위의 영향계수는 여러 가지 방법으로 구할 수 있으나 본 논문에서는 유한차분법을 사용하였다. 또한 휨강성에 대한 영향과 기초의 탄성계수에 대한 영향에 대하여 연구하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제24권5호
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• pp.549-559
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• 2017

As few multi-tower single-box multi-cell cable-stayed bridges with corrugated steel webs have been built, analysis is mostly achieved by combining single-girder model, beam grillage model and solid model in support of the design. However, such analysis methods usually suffer from major limitations in terms of the engineering applications: single-girder model fails to account for spatial effect such as shear lag effect of the box girder and the relevant effective girder width and eccentric load coefficient; owing to the approximation in the principle equivalence, the plane grillage model cannot accurately capture shear stress distribution and local stress state in both top and bottom flange of composite box girder; and solid model is difficult to be practically combined with the overall calculation. The usual effective width method fails to provide a uniform and accurate "effective length" (and the codes fail to provide a unified design approach at those circumstance) considering different shear lag effects resulting from dead load, prestress and cable tension in the construction. Therefore, a novel spatial grid model has been developed to account for shear lag effect. The theoretical principle of the proposed spatial grid model has been elaborated along with the relevant illustrations of modeling parameters of composite box girder with corrugated steel webs. Then typical transverse and longitudinal shear lag coefficient distribution pattern at the side-span and mid-span key cross sections have been analyzed and summarized to provide reference for similar bridges. The effectiveness and accuracy of spatial grid analysis methods has been finally validated through a practical cable-stayed bridge.

• Wind and Structures
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• 제13권6호
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• pp.529-556
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• 2010

This paper investigates the correlation of wind characteristics monitored on a cable-stayed bridge. Total five anemoscopes are implemented into the bridge. Two out of 5 anemoscopes in inflow and two out of 5 anemoscopes in wake-flow along the longitudinal direction of the bridge are installed. Four anemoscopes are respectively distributed at two cross-sections. Another anemoscope is installed at the top of the tower. The correlation of mean wind speed and direction, power spectral density, the turbulent intensity and integral length of wind in flow at two cross-sections are investigated. In addition, considering the non-stationary characteristics of wind, the spatial correlation in time-frequency is analyzed using wavelet transform and different phenomenon from those obtained through FFT is observed. The time-frequency analysis further indicates that intermittence, coherence structures and self-similar structures are distinctly observed from fluctuant wind. The flow characteristics around the bridge deck at two positions are also investigated using the field measurement. The results indicate that the mean wind speed decrease when the flow passing through the deck, but the turbulence intensity become much larger and the turbulence integral lengths become much smaller compared with those of inflow. The relationship of RMS (root mean square) of wake-flow and the mean wind speed of inflow is approximately linear. The special structures of wake-flow in time-frequency domain are also analyzed using wavelet transform, which aids to reveal the forming process of wake-flow.

• 한국방재학회 논문집
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• 제11권2호
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• pp.59-66
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• 2011

본 연구에서는 콘크리트 사장교를 대상으로 차량주행속도와 교면아스팔트의 포장 상태, 차량중량 등을 실험변수로 하여 차량이 교량을 주행할 때 교면(보도)진동이 보행자에게 미치는 진동사용성 평가 방법에 대해 연구하고 그 결과로부터 진동사용성 여부를 평가하였다. 특히, 실험변수 가운데 교면포장 상태를 BMS기준에 의해 A와 C등급으로 구분하였다. 여기에는 진동을 발생시키는 에너지원을 "환산중량"으로 정의하고 차량주행 속도와 차량중량의 자승근을 곱한 형태로 사용하였다. 환산중량 228.0~1161.9 km/h kN 범위 내의 동일한 실험 조건에서 얻어진 교면포장 상태 A등급의 경우에 대한 C등급 경우의 진동가속도 응답 비율은 1.23~1.43으로 분석되어 교면포장 상태가 진동가속도 응답을 결정짓는데 큰 영향을 미치고 있음을 확인 할 수 있었다. 연구대상 교량의 교면 진동가속도 응답을 추정할 수 있는 진동추정식을 신뢰도 50%, 90%, 95%로 구분하여 제시하였으며, 실험 교량에서 교면 포장 A등급과 C등급의 경우 각각 전체응답의 30%, 40%가 레벨 C(강하게 감지)범위, 70%, 60%가 레벨 D(명확하게 감지) 범위에 있는 것으로 나타났다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제23권5호
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• pp.48-59
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• 2019

최근 들어 장대교량의 건설에 현수교, 사장교 등과 같은 케이블이 주 요소인 교량 형식이 급증하고 있다. 이와 같은 구조물에서 케이블이 미치는 영향은 매우 크며, 구조해석을 위해서 케이블에 대한 연구 및 케이블의 모드 특성에 따른 구조계의 변화를 연구해 볼 필요가 있다. 특히, 케이블은 거더에 가해지는 하중효과를 주탑으로 전달하는 캠버조절과 직결되고 전체 구조에서 중요한 부재로서, 가설시 가해지는 초기 장력과 시간이 경과후 장력을 비교하므로서 교량의 노후상태와 이상유무를 파악하는 데 기여하고자 본 연구를 수행하였다. 따라서 본 연구에서는 충격해머를 통한 모드 해석으로부터 케이블의 질량과 케이블의 길이변화에 따른 모드의 특성을 파악할 수 있었고, 공용중에 있는 케이블에서는 위상각의 변화가 비례관계임을 확인하였다. 또한 저차모드에서 지배모드가 결정되는 특성을 MAC분석을 통하여 알 수 있었다.

• 한국방재안전학회논문집
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• 제16권4호
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• pp.129-136
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• 2023

높은 주탑을 가지는 해상특수교량은 특수한 구조적 특징으로 인해 육안점검이 어려운 점검사각지대가 존재하게 되며, 이를 해결하기 위해 드론을 활용한 안전점검 방법들이 연구되고 있다. 본 연구에서는 드론을 이용하여 해상특수교량 주탑의 영상 데이터를 취득하고, 인공지능 알고리즘을 개발하여 주탑부 표면 손상에 대한 탐지를 수행하였다. 인공지능 알고리즘은 서로 다른 구조를 지닌 딥러닝 네트워크를 활용하여 앙상블을 형성한 모델을 구축하고 결과를 취합하는 스태킹 앙상블 학습법을 적용하였다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2008년도 추계 학술발표회
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• pp.700-707
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• 2008

As plan connecting island to island or island to land is needed, a lot of long-span bridge is being designed lately in Southern part of Korea. With development of pile equipment, overhanging large-scaled concrete pile are adopted to foundation type of main tower or pylon. About the number of 15~30 group piles per tower foundation is designed to resist long-spaning super-structure load, but by restricted condition of site investigation cost, a few boring-hole tests are performed to identify sub-ground layers. Up to now, direct-curved method connecting two or three known boring logs and representative interval method are usually used to evaluate unknown depth and rock properties at locations where piles are constructed. Because this approach is not logical and so rough, much difference occurs between designed length of piles and real length of it. In this paper, using a lot of various prediction method(reciprocal distance method, inverse square distance method and kriging method etc.), we suggest optimum length of group piles.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제18권1호
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• pp.33-45
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• 2006

일반적으로 사장교와 같은 장대교량은 완성 후에 비하여 시공 중 바람에 흔들리기 쉬어 내풍 안정성 문제가 발생하는 경우가 많다. 완공상태에서 충분한 내풍안정성을 확보하고 있더라도 시공단계에서는 설계풍속 이하에서 플러터 등의 공기역학적 진동현상 이 발생하는 경우가 많기 때문에 가설공법이 결정되면 반드시 풍동실험을 능한 적절한 제진 대책 안을 입안해 두어야 한다. 본 연구에서는 가설단계를 고려한 3차원 전교모형실험을 통하여 주경간이 500m인 사장교의 공기역학적 거동을 살펴보았다. 작업 중에 안정성 확보가 중요한 밸런스드 캔틸레버 상태인 가설단계 50% 에서 내풍케이블 및 가설벤트를 이용한 4가지 제진 대책방안을 수립하여 각각에 대하여 내풍 안정성을 검토하였다. 각 설치방안 별 제진효과를 서로 비교 분석하여 검토 범위 내에서 사장교 시공 중 가장 효율적인 임시 제진방안을 제시하였다. 추가적으로 밸런스드 캔틸레버 상태와의 내풍안정성을 비교하기 위하여 완성계와 제진 대책이 없는 주경간 폐합전의 프리캔틸레버 상태에 대하여 살펴보았다.